地下水除铁除锰
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1. 铁锰的来源、性质、危害
3
1.1 铁锰的来源
铁(Fe)、锰(Mn)是地壳的主要构成元素，广泛存在于自 然界中。地下水清澈透明，是我国城镇和工矿企业的重要 水源，主要分布在东北、华北、西北地区。我国有18个省 市达3.1亿人口的地区蕴藏着丰富的含铁含锰地下水资源， 在松辽流域和广大北方地区多有以含铁、锰水为主要甚或 唯一水源的城镇。
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2.1 空气自然氧化法
? 喷淋式曝气装置：将水以水滴或水膜形式分散于空气中。
? 莲蓬头或穿孔管曝气装置：宜设于室外，下部有集水池。 ? 板条式曝气塔：填料不易堵塞，适用于高含铁地下水的
曝气。 ? 曝气接触曝气塔：铁质沉积于填料表面，对二价铁有接
触催化作用。填料易堵塞，适用于含铁量不高于10mg/L 的地下水曝气。 ? 机械通风式曝气塔：曝气效果好，木板条填料不易为铁 质堵塞，适用于高含铁地下水的曝气。
4Fe2++O2+2H2O=4Fe3++4OH-
（氧化）
Fe3++3H2O=Fe(OH)3↓+3H+
（水解）
4Fe2++O2+10H2O=4Fe(OH)3↓+8H+
PH<5.5时，铁的氧化速率是非常缓慢的。
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2.1 空气自然氧化法
每氧化1mg/L的二价铁， 理论上需氧0.14mg/L，同时 产生0.036mg/L的H+。但是 每产生1mol/L的H+会减小 1mol/L的碱度。
8
2) 锰的溶解度
1.2 二价铁、锰的性质
9
1.2 二价铁、锰的性质
? 铁和锰化学性质相似，常共存于地下水中，但铁的氧化 还原电位低于锰，更容易被空气中的氧气氧化，相同PH值 时二价铁比二价锰的氧化速率快，以致影响二价锰的氧化， 因此地下水除锰比除铁困难。
? (Fe 3? / Fe 2? ) ? 0.771V
高等水化学——重庆大学城市建设与环境工程学院
地下水除铁除锰
徐奇奇：20151713049t 薛蕊：20151713011t
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高等水化学——重庆大学城市建设与环境工程学院
目录
1 ? 铁锰的来源、性质、危害
2 ? 地下水除铁方法 3 ? 地下水除锰方法 4 ? 地下水除铁除锰方法
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高等水化学——重庆大学城市建设与环境工程学院
②人长期服用含铁锰过高的地下水会导致慢性中毒而引发地方病。铁在人 体内累积会损害胰腺(导致糖尿病)、肝脏(肝硬变)、皮肤，体内过多的铁质也 会增加传染病的感染。人体内含铁量超过正常的10～20倍，就会出现慢性中毒 症状，导致的疾病主要有肝硬化、软骨钙化、糖尿病。人体摄入过量的锰早期 头晕头痛、记忆力减退、情绪不稳定，晚期则出现肌肉僵直、肢体震颤、发烧 、呼吸困难，有些用抗菌素治疗也无效。甚至断绝摄入后，所得疾病还会继续 发展不可治愈。长期接触锰还会引起中枢神经系统、呼吸系统方面的疾病。
近百年来饮用水除铁除锰机制和工程技术一直是一个难以突破的热点11 研 究课题。
1.4 含铁含锰地下水Hale Waihona Puke Baidu质
? 我国含铁含锰地下水分布广泛，《生活饮用水卫生标准》 规定： 铁＜0.3mg/L 锰＜0.1mg/L
? 我国部分地区的地下水
含铁量多在 5~15mg/L 含锰量多在 0.5~2.0mg/L
12
? 气泡式曝气装置：将空气以气泡形式分散于水中。
? 射流曝气装置：应用水射器利用高压水流吸入空气，高压 水一般为压力滤池的出水回流，经过水射器将空气带入深 井泵吸水管中。适用于小型设备、原水铁锰含量较低且无 需去除CO2以提高pH时。
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2.1 空气自然氧化法
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2.1 空气自然氧化法
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2.1 空气自然氧化法
?
(M
nO2
/
M
2? n
)
?
1.23V
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1.3 铁、锰的危害
铁和锰是生物体必需的微量元素，但铁锰过量会对人类的生产和生活带来严 重的危害。
①地下水中二价铁离子经空气中氧氧化成三价铁形成沉淀使水体浑浊。水 中含铁浓度大于0.3mg／L时，水就变浑，超过1mg／L时水具有铁腥味。
特别是水中含有过量的铁质，作为洗涤用水时，能在纺织品上生成锈色斑 点。染色时，能与染料结合，影响色调的鲜艳性。造纸工业中，使纸浆变黄， 染色效果降低。生活中，在光洁的卫生用具上，与水接触的墙壁和地板上，都 能染上黄褐色斑，难以清除。
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2.1 空气自然氧化法
喷淋式曝气装置
22
2.1 空气自然氧化法
接触式曝气塔
板条式曝气塔
机械通风式曝气塔
23
2.2 接触催化氧化法
原水
曝气装置
接触过滤池
Cl2 除铁水
24
2.2 接触催化氧化法
? 铁质活性滤膜的除铁过程, 是先吸附水中的Fe2+二价铁离 子, 再在滤膜催化作用下被溶解氧氧化, 氧化生成的三价 铁化合物作为新的滤膜物质又参与催化反应, 所以铁质活 性滤膜除铁是一个自动催化反应过程。具有不投药、简 单曝气、流程短、出水水质好等优点。
如水的碱度不足，则在氧 化反应过程中， H+浓度增加 ，pH降低，以致氧化速率受 到影响而变慢。
当pH在7.0以上时，氧化 速率较快。
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2.1 空气自然氧化法
? 曝气的目的： 溶氧，散除CO2 ，提高pH ，增大氧化速度；
? 提高曝气效果的方法是增大气—水的接触面积。
? 曝气的装置：水气射流泵曝气装置，压缩空气曝气装置、 跌水曝气装置、叶轮表面曝气装置。
高等水化学——重庆大学城市建设与环境工程学院
2. 地下水除铁方法
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2.1 空气自然氧化法
原水
曝气
沉淀池
滤池
Cl2 除铁水
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2.1 空气自然氧化法
含Fe2+地下水经曝气充氧后，在反应池中溶解氧将Fe2+氧化 为Fe3+固体颗粒，后经混凝沉淀和过滤等工艺去除。然而滤 后水中往往还残存能穿透滤层的Fe3十胶体颗粒，导致出厂水 总铁超标。
地下水水质较好，但铁锰含量超标却是一个较为普遍的 污染特征。地下水中的铁（Fe 2+）锰(Mn2+ )是由于岩石和矿 物中难溶化合物的铁锰质的溶解而致。
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1) 铁的来源
1.1 铁锰的来源
三价铁氧
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1.1 铁锰的来源
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2) 锰的来源
1.1 铁锰的来源
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1.2 二价铁、锰的性质
铁、锰具有相似的原子半径、离子半径及电负性，从而表现出相似 的化学性质。二价的铁、锰都溶于水，在还原性的地下水、湖泊深层 水甚至少数河流水中往往伴生存在。 1) 铁的溶解度
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1.1 铁锰的来源
铁(Fe)、锰(Mn)是地壳的主要构成元素，广泛存在于自 然界中。地下水清澈透明，是我国城镇和工矿企业的重要 水源，主要分布在东北、华北、西北地区。我国有18个省 市达3.1亿人口的地区蕴藏着丰富的含铁含锰地下水资源， 在松辽流域和广大北方地区多有以含铁、锰水为主要甚或 唯一水源的城镇。
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2.1 空气自然氧化法
? 喷淋式曝气装置：将水以水滴或水膜形式分散于空气中。
? 莲蓬头或穿孔管曝气装置：宜设于室外，下部有集水池。 ? 板条式曝气塔：填料不易堵塞，适用于高含铁地下水的
曝气。 ? 曝气接触曝气塔：铁质沉积于填料表面，对二价铁有接
触催化作用。填料易堵塞，适用于含铁量不高于10mg/L 的地下水曝气。 ? 机械通风式曝气塔：曝气效果好，木板条填料不易为铁 质堵塞，适用于高含铁地下水的曝气。
4Fe2++O2+2H2O=4Fe3++4OH-
（氧化）
Fe3++3H2O=Fe(OH)3↓+3H+
（水解）
4Fe2++O2+10H2O=4Fe(OH)3↓+8H+
PH<5.5时，铁的氧化速率是非常缓慢的。
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2.1 空气自然氧化法
每氧化1mg/L的二价铁， 理论上需氧0.14mg/L，同时 产生0.036mg/L的H+。但是 每产生1mol/L的H+会减小 1mol/L的碱度。
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2) 锰的溶解度
1.2 二价铁、锰的性质
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1.2 二价铁、锰的性质
? 铁和锰化学性质相似，常共存于地下水中，但铁的氧化 还原电位低于锰，更容易被空气中的氧气氧化，相同PH值 时二价铁比二价锰的氧化速率快，以致影响二价锰的氧化， 因此地下水除锰比除铁困难。
? (Fe 3? / Fe 2? ) ? 0.771V
高等水化学——重庆大学城市建设与环境工程学院
地下水除铁除锰
徐奇奇：20151713049t 薛蕊：20151713011t
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高等水化学——重庆大学城市建设与环境工程学院
目录
1 ? 铁锰的来源、性质、危害
2 ? 地下水除铁方法 3 ? 地下水除锰方法 4 ? 地下水除铁除锰方法
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高等水化学——重庆大学城市建设与环境工程学院
②人长期服用含铁锰过高的地下水会导致慢性中毒而引发地方病。铁在人 体内累积会损害胰腺(导致糖尿病)、肝脏(肝硬变)、皮肤，体内过多的铁质也 会增加传染病的感染。人体内含铁量超过正常的10～20倍，就会出现慢性中毒 症状，导致的疾病主要有肝硬化、软骨钙化、糖尿病。人体摄入过量的锰早期 头晕头痛、记忆力减退、情绪不稳定，晚期则出现肌肉僵直、肢体震颤、发烧 、呼吸困难，有些用抗菌素治疗也无效。甚至断绝摄入后，所得疾病还会继续 发展不可治愈。长期接触锰还会引起中枢神经系统、呼吸系统方面的疾病。
近百年来饮用水除铁除锰机制和工程技术一直是一个难以突破的热点11 研 究课题。
1.4 含铁含锰地下水Hale Waihona Puke Baidu质
? 我国含铁含锰地下水分布广泛，《生活饮用水卫生标准》 规定： 铁＜0.3mg/L 锰＜0.1mg/L
? 我国部分地区的地下水
含铁量多在 5~15mg/L 含锰量多在 0.5~2.0mg/L
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? 气泡式曝气装置：将空气以气泡形式分散于水中。
? 射流曝气装置：应用水射器利用高压水流吸入空气，高压 水一般为压力滤池的出水回流，经过水射器将空气带入深 井泵吸水管中。适用于小型设备、原水铁锰含量较低且无 需去除CO2以提高pH时。
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2.1 空气自然氧化法
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2.1 空气自然氧化法
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2.1 空气自然氧化法
?
(M
nO2
/
M
2? n
)
?
1.23V
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1.3 铁、锰的危害
铁和锰是生物体必需的微量元素，但铁锰过量会对人类的生产和生活带来严 重的危害。
①地下水中二价铁离子经空气中氧氧化成三价铁形成沉淀使水体浑浊。水 中含铁浓度大于0.3mg／L时，水就变浑，超过1mg／L时水具有铁腥味。
特别是水中含有过量的铁质，作为洗涤用水时，能在纺织品上生成锈色斑 点。染色时，能与染料结合，影响色调的鲜艳性。造纸工业中，使纸浆变黄， 染色效果降低。生活中，在光洁的卫生用具上，与水接触的墙壁和地板上，都 能染上黄褐色斑，难以清除。
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2.1 空气自然氧化法
喷淋式曝气装置
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2.1 空气自然氧化法
接触式曝气塔
板条式曝气塔
机械通风式曝气塔
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2.2 接触催化氧化法
原水
曝气装置
接触过滤池
Cl2 除铁水
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2.2 接触催化氧化法
? 铁质活性滤膜的除铁过程, 是先吸附水中的Fe2+二价铁离 子, 再在滤膜催化作用下被溶解氧氧化, 氧化生成的三价 铁化合物作为新的滤膜物质又参与催化反应, 所以铁质活 性滤膜除铁是一个自动催化反应过程。具有不投药、简 单曝气、流程短、出水水质好等优点。
如水的碱度不足，则在氧 化反应过程中， H+浓度增加 ，pH降低，以致氧化速率受 到影响而变慢。
当pH在7.0以上时，氧化 速率较快。
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2.1 空气自然氧化法
? 曝气的目的： 溶氧，散除CO2 ，提高pH ，增大氧化速度；
? 提高曝气效果的方法是增大气—水的接触面积。
? 曝气的装置：水气射流泵曝气装置，压缩空气曝气装置、 跌水曝气装置、叶轮表面曝气装置。
高等水化学——重庆大学城市建设与环境工程学院
2. 地下水除铁方法
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2.1 空气自然氧化法
原水
曝气
沉淀池
滤池
Cl2 除铁水
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2.1 空气自然氧化法
含Fe2+地下水经曝气充氧后，在反应池中溶解氧将Fe2+氧化 为Fe3+固体颗粒，后经混凝沉淀和过滤等工艺去除。然而滤 后水中往往还残存能穿透滤层的Fe3十胶体颗粒，导致出厂水 总铁超标。
地下水水质较好，但铁锰含量超标却是一个较为普遍的 污染特征。地下水中的铁（Fe 2+）锰(Mn2+ )是由于岩石和矿 物中难溶化合物的铁锰质的溶解而致。
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1) 铁的来源
1.1 铁锰的来源
三价铁氧
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1.1 铁锰的来源
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2) 锰的来源
1.1 铁锰的来源
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1.2 二价铁、锰的性质
铁、锰具有相似的原子半径、离子半径及电负性，从而表现出相似 的化学性质。二价的铁、锰都溶于水，在还原性的地下水、湖泊深层 水甚至少数河流水中往往伴生存在。 1) 铁的溶解度